昆山科爾源儀器儀表有限公司
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閱讀：153發(fā)布時(shí)間：2025-7-5
0 引言
蒸汽是化工企業(yè)中重要的能源，包括飽和蒸汽和過熱蒸汽。由于蒸汽的溫度、壓力較高，使用量大，成本較高，長期以來，蒸汽計(jì)量中存在許多值得探討的問題。準(zhǔn)確的蒸汽流量計(jì)量，對節(jié)能降耗，成本核算，貿(mào)易結(jié)算和生產(chǎn)管理有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1 流量計(jì)的選用
目前在工業(yè)蒸汽計(jì)量中應(yīng)用普遍的是傳統(tǒng)型的節(jié)流裝置流量計(jì)，由于的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)流裝置幾乎成為的流量測量裝置，特別是對于高溫、高壓過熱蒸汽。但是節(jié)流裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，安裝工程量大，容易出現(xiàn)堵、漏、磨損等問題，需經(jīng)常維護(hù)。同時(shí)，節(jié)流裝置的流量測量范圍比較窄，常規(guī)應(yīng)用只能提供3：1的測量量程比。因此有效地解決節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)測量范圍已提到日程。以提高蒸汽計(jì)量的準(zhǔn)確度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
一體化節(jié)流裝置是將傳統(tǒng)的節(jié)流裝置流量測量系統(tǒng)集成在一臺測量設(shè)備上，包括節(jié)流件本體、取壓裝置、冷凝散熱裝置、排污裝置、差壓（溫度、壓力）測量功能等，具有結(jié)構(gòu)簡單，省卻引壓管線、泄漏點(diǎn)少、維護(hù)方便、安裝施工量小等優(yōu)點(diǎn)。配合1932噴嘴，能夠有效減少磨損和壓力損失，可以滿足Ф50~Ф400管徑條件下的蒸汽流量測量要求。例如，本公司生產(chǎn)的一體化節(jié)流裝置，可以配用1932噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)孔板，適用于4.0MPa以下的中低壓蒸汽流量計(jì)量。
2 流量公式的確定
蒸汽計(jì)量中采用節(jié)流裝置時(shí)，其流量公式為：
（Kg/s） 2-1
qm 質(zhì)量流量 單位kg/s；
△P 差壓 單位Pa；
C 流出系數(shù)
d 節(jié)流件在工況條件下的開孔直徑 單位m；
ε 可膨脹性系數(shù)
ρ 被測流體工況條件下的密度 單位kg/m3；
β 節(jié)流件孔徑與直管段內(nèi)徑之比，β=d/D；
從公式2-1中可以看出，參數(shù)△P、C、ε、d、β、ρ對流量計(jì)算的準(zhǔn)確度影響較大。在傳統(tǒng)的蒸汽流量計(jì)算中，C、ε、d、β均使用節(jié)流件設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算結(jié)果，然而在實(shí)際應(yīng)用中，計(jì)量系統(tǒng)的工作條件（如工作溫度、壓力）往往偏離了設(shè)計(jì)條件，這些參數(shù)也就發(fā)生了變化，而影響流量計(jì)量的準(zhǔn)確度。因此，在節(jié)流件開孔徑不變的條件下，動態(tài)修正C、ε、d、β等參數(shù)，對提高蒸汽流量計(jì)量準(zhǔn)確度非常重要。
3 蒸汽計(jì)量的密度補(bǔ)償運(yùn)算
在蒸汽的計(jì)量中，密度是溫度、壓力的函數(shù)，但并不遵循理想氣體狀態(tài)方程，且在不同壓力、溫度區(qū)間，函數(shù)關(guān)系不同。飽和蒸汽、過熱蒸汽的密度與壓力，溫度的函數(shù)關(guān)系也不同。
工程上應(yīng)用的水蒸氣大多處于剛剛脫離液態(tài)或離液態(tài)較近，它的性質(zhì)與理想氣體大不相同。水蒸氣的物理性質(zhì)較理想氣體要復(fù)雜的多，故不能用簡單的數(shù)學(xué)式加以描達(dá)；所以，在蒸汽流量的計(jì)算中，水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)值，大都從水蒸氣表中查出。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器已廣泛應(yīng)用于流量計(jì)量顯示儀表，其存儲能力、快速計(jì)算能力為準(zhǔn)確、快速的確定水蒸氣的密度提供了有力的技術(shù)手段。
4 流量測量范圍
傳統(tǒng)節(jié)流裝置蒸汽計(jì)量系統(tǒng)可以提供3：1的測量范圍，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際計(jì)量應(yīng)用的需要。影響測量范圍的主要因素有以下兩個(gè)方面：
4.1差壓變送器的量程
傳統(tǒng)的差壓變送器（DDZ-II，DDZ-Ⅲ）一般可以提供10：1的測量范圍。從公式2-1中可以看出，差壓值的平方根與流量成正比，在確保測量精度的前提下，10：1的差壓測量范圍所對應(yīng)的流量范圍約為3：1。因此，選用寬量程的差壓變送器和獲得準(zhǔn)確的差壓測量值是擴(kuò)展節(jié)流裝置測量范圍的基本條件。
4.2 節(jié)流件設(shè)計(jì)參數(shù)
節(jié)流件的主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括C、ε、d20、β、△Pmax等，這些參數(shù)均為設(shè)計(jì)條件下的計(jì)算結(jié)果。但是，畢竟節(jié)流件是按照某一種工況條件完成設(shè)計(jì)計(jì)算的，當(dāng)工況波動較大、工藝過程不穩(wěn)定與設(shè)計(jì)值不符合時(shí)，繼續(xù)使用設(shè)計(jì)參數(shù)值進(jìn)行流量計(jì)算就會產(chǎn)生較大的計(jì)量誤差。為了使節(jié)流裝置在實(shí)用的測量范圍內(nèi)（10：1~15：1）均保持較高的計(jì)量準(zhǔn)確度，就必須對上述設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行在線修正。
4.3 實(shí)現(xiàn)寬量程蒸汽計(jì)量的條件
采用低壓損耐磨損的廓型節(jié)流件（標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴），配套寬量程智能差壓變送器以及具有現(xiàn)場總線通訊功能和節(jié)流裝置計(jì)算參數(shù)在線修正功能的流量顯示儀表或二次設(shè)備，在飽和蒸汽、過熱蒸汽計(jì)量應(yīng)用中均可實(shí)現(xiàn)寬量程流量計(jì)量。
5 對計(jì)量儀表的要求
5.1 差壓變送器
選用量程范圍寬、精度高的差壓變送器對蒸汽流量計(jì)量至關(guān)重要，寬量程（100：1）智能型差壓變送器和多參量變送器均能實(shí)現(xiàn)高精度差壓測量。但在模擬方式下，信號的變送，傳輸，隔離以及二次設(shè)備對模擬信號的轉(zhuǎn)換處理均會產(chǎn)生一定的誤差。而智能變送器的現(xiàn)場總線通訊方式，可以限度地發(fā)揮其高精度測量的優(yōu)勢。在節(jié)流裝置寬量程蒸汽流量計(jì)量中，獲得準(zhǔn)確的差壓參數(shù)值，是進(jìn)行節(jié)流件設(shè)計(jì)參數(shù)在線修正的先決條件。但是，使用數(shù)據(jù)通訊方式讀取差壓測量值需要二次設(shè)備，特別是流量顯示儀表的配合。
5.2 流量顯示儀表
顯示儀表是蒸汽計(jì)量系統(tǒng)中完成各種復(fù)雜運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)流量累積的關(guān)鍵設(shè)備。本公司提供的節(jié)流裝置寬量程蒸汽流量計(jì)量系統(tǒng)，還承擔(dān)對節(jié)流件設(shè)計(jì)參數(shù)的修正運(yùn)算工作。從公式2-1中可以看出，節(jié)流件的主要設(shè)計(jì)參數(shù)C、ε、d20、β等在工況條件下均為變量，單純修正某一個(gè)參數(shù)很難解決實(shí)際問題。因此，要求顯示儀可以實(shí)現(xiàn)節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624-1993（ISO5167）中關(guān)于節(jié)流件設(shè)計(jì)的全部運(yùn)算過程。包括蒸汽密度的溫度、壓力補(bǔ)償，流出系數(shù)，可膨脹系數(shù)計(jì)算和對節(jié)流件開孔徑以及β比的修正運(yùn)算。同時(shí)，顯示儀表應(yīng)有較高的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換精度，才能保證計(jì)算結(jié)果的真實(shí)性。為了獲得準(zhǔn)確的差壓、壓力、溫度測量數(shù)據(jù)，顯示儀表采用現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)通訊的工作方式是非常必要的。
6 關(guān)于節(jié)流件
蒸汽計(jì)量中應(yīng)用最多的是節(jié)流孔板．孔板在運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)邊緣磨損、變形、密封面滲漏等問題，這將導(dǎo)致在相同工況條件下差壓下降，最終引起計(jì)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)負(fù)偏差，降低檢測精度。
廓形節(jié)流件，如標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴的耐磨損性能都優(yōu)于孔板，在高溫高壓環(huán)境中的穩(wěn)定期較長，非常適合于蒸汽測量。采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴不僅可以有效降低磨損對計(jì)量準(zhǔn)確度的影響，同時(shí)也可以大大降低節(jié)流件的壓力損失。
定值節(jié)流件是指每種通徑的測量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件，節(jié)流件的直徑比（β值）按優(yōu)先數(shù)系選用，每種通徑配3~5種β值節(jié)流件。定值節(jié)流件有許多特點(diǎn)，如改變節(jié)流件對號入座便于快速采購和儲備維修備件。同時(shí)定值節(jié)流件可以大批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，為擴(kuò)大使用創(chuàng)造條件。
7 總結(jié)
節(jié)流裝置是一種歷史悠久、應(yīng)用極為廣泛的傳統(tǒng)蒸汽流量計(jì)量設(shè)備?？茖W(xué)地選用測量設(shè)備、計(jì)量方法和流量顯示儀表，可以有效地?cái)U(kuò)展蒸汽流量計(jì)量的測量范圍，提高系統(tǒng)計(jì)量準(zhǔn)確度。智能化測量儀表、專業(yè)化流量顯示儀表和現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，是今后檢測與計(jì)量系統(tǒng)發(fā)展的必然方向，并將賦予經(jīng)典節(jié)流裝置更強(qiáng)的生命力。
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